分子機器人

　　簡介

　　分子機器人，也稱納米機器人是人類征服自然的整個宏偉藍圖中最富有想像力和創(chuàng)造力的部分，而且運用于醫(yī)學(xué)可以用來清除肌體深處的病毒、癌細胞等，它們具有不可限量的應(yīng)用前景；而分子機器人的研發(fā)已成為當(dāng)今科技的前沿?zé)狳c。

　　基本定義

　　“機器人”這個詞的含義在辭書中可以看到，有的辭書將機器人稱為“把操作和作業(yè)作為目的，能自動運行的機械或裝置”，諸如此類，不限于所謂“人形機器人”。在廣義上，能夠自動進行各種各樣操作的機械都可稱為機器人。而所謂“分子機器人”，就是把數(shù)十個或者數(shù)百個原子組合起來制成的機器人。

　　研究

　　制造分子機器人的最初構(gòu)想要回溯到1950年。美國著名物理學(xué)家理查德·費曼第一次提出，未來可以制造微小機械讓其能夠?qū)嵤└鞣N各樣的作業(yè)。盡管費曼并沒有提出分子機器人的具體概念，但是從那以后，制造分子機器人就成為人類夢寐以求的向往。

　　不過科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進程并非輕而易舉，不管怎么說，科學(xué)家研究的對象——分子，尺寸只有1納米，把這個尺度上的東西組裝起來其難度可想而之，而且科學(xué)家組裝起來的還必須是“把操作和作業(yè)作為目的，能自動運行”的機械。比如科學(xué)家就可能制造與病毒做斗爭的分子機器人，這些病毒嚴(yán)重威脅著人類健康。科學(xué)家可以把這種分子機器人送入人體內(nèi)，剔除構(gòu)成病毒的分子，或摘除病毒或?qū)ζ溥M行摧毀。也許和“人形”絲毫不沾邊，但是分子機器人給人們實至名歸的印象。

　　組成

　　自然界中的分子機器人令人吃驚之處在于，它們是完全自動組裝而成的，只要材料和環(huán)境條件具備，就能輕而易舉地自動組裝成分子機器人。目前（2009年8月）人類掌握的技術(shù)已經(jīng)能夠在物質(zhì)的表面一個一個地移動原子，但是要利用這種技術(shù)制造分子機器人能力還有所不及。

　　基因結(jié)構(gòu)

　　目前（2009年8月）的分子機器人生物技術(shù)方法不僅僅能對結(jié)構(gòu)和功能進行修飾，它還能夠?qū)ψ匀唤绱嬖诘拇罅康鞍踪|(zhì)進行改造。通過引入一些特定的變化來修飾一些特定的蛋白質(zhì)，就可形成一個綜合多種功能的蛋白質(zhì)分子。最常用的方法是用DNA重組技術(shù)將表達不同多肽或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的基因組合起來，形成一個攜帶所有基因功能的融合蛋白。只要在折疊形成活性結(jié)構(gòu)的過程中這個融合蛋白內(nèi)的各個功能結(jié)構(gòu)域不相互阻礙，該蛋白就有可能表現(xiàn)出人們在設(shè)計時希望它具有的生物功能。

　　構(gòu)建

　　四川大學(xué)華西臨床醫(yī)學(xué)院生物膜與膜蛋白實驗室主任丘小慶和他領(lǐng)導(dǎo)的研究集體進行了研究，他們以數(shù)種細菌信息素、抗體模擬無核大腸菌素等為模本，構(gòu)建了數(shù)種融合蛋白，這些蛋白質(zhì)將搭載藥劑，直接送往癌變細胞將其殺死。

　　為了實現(xiàn)建造“多結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)分子機器”的夢想，丘小慶等所做的第一個嘗試是構(gòu)建由兩種蛋白質(zhì)片段組合而成的一個融合蛋白。通過對該融合蛋白的分子結(jié)構(gòu)進行控制，讓這個融合蛋白產(chǎn)生出所期待的、能夠選擇性攻擊某一種細胞的靶向攻擊能力。在實現(xiàn)了對原核細胞的攻擊之后，丘小慶又開始夢想能否構(gòu)建出“靶向”攻擊真核細胞的有效活性物質(zhì)，它們有可能發(fā)展成為一系列新型抗菌和抗腫瘤藥物。

　　應(yīng)用

　　前（截止2009年8月），分子機器人的種類是有限的。從分子機器人能夠在生物體內(nèi)自動生成來設(shè)想，其最初的應(yīng)用似乎應(yīng)是以醫(yī)療等領(lǐng)域為中心。比如針對病毒的分子機器人，也許可以通過研發(fā)分子鉗予以實現(xiàn)。加工分子鉗前端的部件，使它只能與特定的病毒相結(jié)合。而且，可以利用分子鉗那樣的分子機器人，向癌腫部位集中送達藥劑等。隨著生物技術(shù)水準(zhǔn)的迅速進步，這樣的生物技術(shù)藥物可能會很快地代替現(xiàn)有藥物，為人類創(chuàng)造更好的福祉，可是這些構(gòu)建出來的融合蛋白還遠遠未能表達出人們所企求的結(jié)構(gòu)和功能水準(zhǔn)——人工多結(jié)構(gòu)域“蛋白質(zhì)機器”所應(yīng)該具有的理想境界，充其量它們只能算作是蛋白質(zhì)分子機器的一個雛形?，F(xiàn)在，正有科學(xué)家試圖把如此重要的機械在分子尺寸上組裝起來，制造一種極其微小的裝置，科學(xué)家意圖使用這種裝置來操控別的分子，運用于醫(yī)學(xué)可以用來清除肌體深處的病毒、癌細胞等，它們具有不可限量的應(yīng)用前景。

　　目前，不少國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計劃，投入巨資搶占分子機器人這種新科技的戰(zhàn)略高地。《機器人時代》月刊日前指出：分子機器人潛在用途十分廣泛，其中特別重要的就是應(yīng)用于醫(yī)療和軍事領(lǐng)域。

　　每一種新科技的出現(xiàn)，似乎都包涵著無限可能。用不了多久，個頭只有分子大小的神奇分子機器人將源源不斷地進入人類的日常生活。中國著名學(xué)者周海中教授在1990年發(fā)表的《論機器人》一文中就預(yù)言：到21世紀(jì)中葉，分子機器人將徹底改變?nèi)祟惖膭趧雍蜕罘绞健?/p>